UNIOESTE 2017 — questão 19 de Física

Gabarito DCalorimetria e eletrodinâmica — ebulidor aquecendo e evaporando águaConcurso Vestibular · Conhecimentos Gerais

Enunciado da questão 19 de Física do UNIOESTE 2017 — Enunciado — imagem da prova

Enunciado em texto

Uma pessoa deixou um aquecedor elétrico portátil (ebulidor) dentro de um recipiente com dois litros de água que estavam inicialmente à temperatura de 20 °C. O aquecedor é composto por um único resistor que opera em uma tensão de 110 V. A pessoa voltou após um intervalo de tempo de 20 minutos e verificou que 40% da água já havia evaporado do recipiente. Considere que toda a energia fornecida pelo aquecedor é absorvida pela água e que toda a evaporação é somente devido à ação do ebulidor, ou seja, não houve nenhuma evaporação espontânea da água para o meio ambiente. Despreze também a capacidade térmica do recipiente e do aquecedor.

Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g °C; calor latente de vaporização da água = 540 cal/g; densidade absoluta da água = 1,0 kg/L; 1 cal = 4,2 J; temperatura de ebulição da água = 100 ºC.

A partir de tais informações, assinale a alternativa CORRETA.

(A) O calor latente consumido no processo de evaporação é igual a $1{,}08 \times 10^{6}$ cal.

(B) A quantidade de calor total absorvida pela água foi inferior a $2{,}0 \times 10^{6}$ J.

(D) A resistência do aquecedor é superior a 5,00 Ω.

(E) A corrente elétrica consumida pelo aquecedor é igual a 10 A.

(Enunciado: Vestibular UNIOESTE 2017 — Unioeste.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE).

Resolução comentada

O que a questão pede: o calor total recebido pela água e, dele, a potência, a resistência e a corrente do ebulidor.

Passo 1 — aquecer toda a água até 100 °C. São 2 L = 2000 g:

$Q_1 = 2000 \times 1{,}0 \times 80 = 160\,000\ \text{cal}$

Passo 2 — evaporar 40% dela. 40% de 2000 g são 800 g:

$Q_2 = 800 \times 540 = 432\,000\ \text{cal}$

(A) é falsa: $1{,}08 \times 10^6$ cal seria evaporar os 2000 g.

Passo 3 — o calor total.

$Q = 592\,000\ \text{cal} \times 4{,}2$

$Q \approx 2{,}49 \times 10^{6}\ \text{J}$

(B) é falsa: o total passa de $2{,}0 \times 10^6$ J.

Passo 4 — a potência. Em 20 min = 1200 s:

$P = \frac{2{,}49 \times 10^{6}}{1200} \approx 2070\ \text{W}$

Passo 5 — resistência e corrente. Com U = 110 V:

$R = \frac{U^2}{P} = \frac{12\,100}{2070} \approx 5{,}8\ \Omega$

$i = \frac{P}{U} = \frac{2070}{110} \approx 18{,}8\ \text{A}$

A resistência é maior que 5,00 Ω: (D) está correta. (E) é falsa.

⚠️ A armadilha: contar só a evaporação (432 000 cal) e esquecer que toda a água precisou antes chegar a 100 °C. Aí a potência sairia cerca de 1500 W e a resistência cerca de 8 Ω; a conclusão de D até se manteria, mas os valores estariam errados.

A ideia em uma frase: energia elétrica = calor sensível de toda a água + calor latente da parte que evaporou; daí P = Q/Δt e R = U²/P.

Resposta: alternativa D (R ≈ 5,8 Ω).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.

UNIOESTE 2017 — questão 19 de Física

Enunciado em texto

Resolução comentada

Vídeo em breve

Outras questões de Física do UNIOESTE 2017